Экология в тренде

Современные технологии направлены на увеличение энергоэффективности железных дорог и снижение выбросов CO2. Развитие и внедрение новых экологичных решений для железнодорожного транспорта стало одной из важнейших мировых тенденций последних лет. Наиболее перспективными направлениями являются электрификация и постепенное внедрение альтернативных видов топлива. Однако технологии не стоят на месте, и железнодорожники ищут новые способы снижения негативного влияния на окружающую среду с одновременным увеличением скорости и качества обслуживания пользователей.

Железные дороги с точки зрения энергоэффективности имеют преимущество перед остальными видами транспорта, потому что используют меньше энергии, чем другие. По данным Международного энергетического агентства (IEA), на них приходится 7% международных перевозок грузов, но только 3% энергии, используемой мировой транспортной отраслью. В 2019 году железнодорожный транспорт использовал 0,6 млн баррелей нефти, что составляет 0,6% мирового потребления, и порядка 280 ТВт·ч электричества, то есть 1,2% мирового потребления.

А самыми энергоэффективными в мире являются грузовые железнодорожные перевозки в России (второе место занимает Китай, третье – Индия, четвёртое – Северная Америка, пятое – Евросоюз, шестое – Япония).

Также железная дорога отличается тем, что выбрасывает в атмосферу CO2 меньше остальных видов транспорта: прямой вклад в выбросы углекислого газа составляет лишь 0,3% от общемирового.

Как рассказал в ходе панельной сессии «Green Swan Solutions: как железные дороги задают глобальные экотренды» Международного транспортно-логистического форума «PRO//Движение.1520» (он проходил 22–23 октября 2020 года) заместитель генерального директора – главный инженер ОАО «РЖД» Сергей Кобзев, компания придаёт большое значение снижению вредного воздействия на окружающую среду, несмотря на то что её негативный вклад в эту нагрузку и так не превышает 1%.
«По сравнению с 2003 годом мы снизили парниковые выбросы на 71%, сбросы неочищенных вод – на 85%, увеличили переработку материалов во вторичный оборот на 22%», – отметил Сергей Кобзев.

Таких результатов удалось достигнуть за счёт высокой доли перевозки грузов и пассажиров на экологически чистой электрической тяге (более 86% грузов и 85% пассажиров).

Согласно долгосрочной программе развития ОАО «РЖД» до 2025 года холдинг планирует крупномасштабную электрификацию оставшихся направлений, которые сегодня ещё работают на дизельной тяге.

Главной задачей РЖД является электрификация наиболее грузонапряжённых участков, чтобы ещё более снизить долю использования дизельного топлива. В европейской части страны это будет Ртищево – Кочетовка, на Дальнем Востоке Волочаевка-2 – Комсомольск-на Амуре – Ванино.

Переход на электрическую тягу при планируемом росте грузооборота к 2025 году позволит на 20% снизить потребление дизельного топлива (на 191 тыс. тонн в год) и сократить парниковые выбросы на 5,6% (458 тыс. тонн в СО2-эквиваленте).
«Сегодня свыше 4 тыс. локомотивов оборудованы системами, которые формируют алгоритм движения поезда с минимальными затратами энергии и могут вести поезд в режиме автоведения (машинисту не требуется рассчитывать скорость движения для выполнения расписания, следить за токами на тяговых двигателях при переключении позиций тяги и давлением при торможении. – Ред.). В текущем году мы завершим тиражирование этого проекта на всей сети железных дорог», – также отметил Сергей Кобзев.

Кроме того, ОАО «РЖД» совместно с «Роснано» работает над созданием аккумуляторного автономного маневрового электровоза для крупных железнодорожных вокзалов Москвы и Санкт-Петербурга. Опытный экземпляр такого локомотива холдинг должен получить в следующем году для всесторонних испытаний, и в случае подтверждения заявленных показателей начнётся его внедрение в крупных агломерациях.

Другим экологическим направлением деятельности холдинга является переход с дизельного топлива на природный газ. Речь идёт о создании магистральных газотурбовозов (ГТ1h-002) и газотепловозов (ТЭМ19h), работающих на сжиженном природном газе.

Как показали испытания, стоимость жизненного цикла газотурбовозов примерно на 30% меньше, чем у тепловозов, а уровень выбросов CO2 значительно ниже, чем у дизельных двигателей.

В 2016 году РЖД заключили четырёхстороннее соглашение с «Газпромом», «Синарой» и Трансмашхолдингом, которое предусматривает не только разработку и производство локомотивов, работающих на природном газе, но и создание инфраструктуры по производству СПГ и строительству специализированных заправочных комплексов.

Сергей Кобзев отметил, что в ведущих странах мира, например в Германии и во Франции, железнодорожные компании включают в свои экологические стратегии водород как новый перспективный вид топлива, и ОАО «РЖД» не стало исключением. Так, холдинг совместно с машиностроительными компаниями ведёт активные разработки нового подвижного состава, который позволит вообще не выбрасывать ничего в атмосферу. В частности, речь идёт о разработке первого в России поезда, работающего на водородных топливных элементах. К этому проекту подключён «Росатом».

Пилотным полигоном внедрения технологии выбран остров Сахалин, где благодаря поддержке правительства области формируется водородный инфраструктурный кластер с полным технологическим циклом от производства водорода до его применения, вокруг которого формируется инновационная и образовательная среда. Это очень интересный проект, нацеленный на будущее развитие и масштабирование.
«Применение водорода на железнодорожном транспорте – это не далёкий футуризм, требуется временной интервал в 5 лет», – сказал Сергей Кобзев.

Помимо электрификации путей и перехода на альтернативные виды топлива, ОАО «РЖД» занимается повышением энергоэффективности зданий, принадлежащих холдингу. К примеру, на некоторых объектах РЖД солнечные энергомодули работают уже больше восьми лет. Последнюю мини-электростанцию мощностью 31 кВт компания ввела в конце 2019 года на станции Светлоград Северо-Кавказской железной дороги. Также вместе с отечественным производителем солнечных панелей РЖД разработали онлайн-калькулятор, где можно рассчитать срок окупаемости инвестиций во внедрение солнечной электростанции на дороге. На сегодняшний день он составляет более десяти лет.

ОАО «РЖД» постепенно переходит на возобновляемые источники энергии также и в теплоснабжении объектов инфраструктуры. За последние три года закрыто более полусотни мазутных и угольных котельных с переводом потребителей на экологически чистые источники энергии. Ещё более ста объектов будут переведены на альтернативные источники в ближайшие два-три года: тепловые насосы, солнечная энергия, древесные пеллеты. Эти меры обеспечат снижение выбросов в атмосферу не менее чем на 30 тыс. тонн в год.

Шумовое воздействие на окружающую среду и качество жизни граждан в населённых пунктах вблизи железных дорог – ещё одна тема, требующая внимания. РЖД реализуют комплекс мероприятий, направленных на снижение акустического воздействия железнодорожного транспорта на прилегающую жилую застройку, – это шлифование рельсов, укладка бесстыкового пути, а также строительство шумозащитных экранов.


Зарубежный опыт

В других странах мира также развиваются технологии, которые направлены на снижение выбросов CO2 и увеличение энергоэффективности железнодорожного транспорта. К примеру, использование солнечных батарей уже перешло с чисто бытового применения для обогрева зданий или освещения улиц в транспортную сферу. Первыми их стали применять автомобильные компании, производящие электромобили, которые закрепляют солнечные панели на крышах машин. В 2017 году Австралия пошла по тому же пути, разместив аккумуляторы солнечной энергии на поезде. Такой состав уже курсирует в австралийском Байрон-Бее.

Водородные поезда также эксплуатируются в мире. Например, технология уже применена в Германии, где появился первый пассажирский состав Coradia iLint. Он разработан французами из компании Alstom.

В качестве топлива Coradia iLint использует водород и кислород. В ходе их реакции образуется электричество, которое заряжает литий-ионные аккумуляторы, а побочным продуктом является обыкновенная вода. Запаса энергии аккумуляторов хватает на преодоление порядка 1000 км, а максимальная скорость поезда составляет 140 км/ч.

В настоящее время курсируют два поезда Coradia iLint между городами Куксхафен, Бремерхафен, Бремерферд и Букстехуд. Каждый поезд перевозит по 300 пассажиров. Планируется, что до конца 2021 года по железным дорогам Германии будут ходить ещё 14 таких поездов.

Единственным недостатком этой технологии считается то, что при реакции водорода с кислородом образуется вода. Но над устранением этой проблемы уже ведутся работы.

Альтернативными видами топлива для железнодорожного транспорта также могут стать синтетические парафиновые виды топлива, e-fuels (топливо, которое добывается из воздуха и воды при помощи электричества, полученного экологически чистым способом), а также биотопливо.

По словам вице-президента по коммуникациям VR Group (финский государственный железнодорожный оператор) Тату Туоминена, Финляндия рассматривает новые возможности биодизеля для локомотивов.

Несмотря на большое количество возможных альтернатив, европейские отраслевые ассоциации призывают продолжать инвестировать в электрификацию железных дорог.
«Декарбонизация транспортной системы требует крупных государственных инвестиций независимо от выбранных технологий. Электрификация железных дорог (принимая во внимание операционную модель и экономическое обоснование) должна оставаться приоритетной в Европе. Однако альтернативные виды топлива могут быть использованы в географических районах и областях, которые трудно электрифицировать. Поэтому Европейская комиссия должна разработать генеральный план развития железнодорожной инфраструктуры в ЕС, который будет принимать во внимание ситуацию (географическую, технологическую и финансовую) в каждом конкретном государстве – члене Евросоюза», – говорится в письме Сообщества европейских железнодорожных и инфраструктурных компаний (Community of European Railway and Infrastructure Companies, CER) в Европейскую комиссию.


Поезда становятся быстрее

Ещё одной технологией, приносящей прямые и косвенные эффекты улучшения окружающей среды, является концепция Hyperloop – состав, который преодолевает огромные расстояния по суше со скоростью пассажирского самолёта. Hyperloop представляет собой поезд-капсулу, который движется по тоннелю при давлении, близком к вакууму.

Первое испытание Hyperloop с пассажирами на борту завершилось 8 ноября. Как следует из сообщения разработчика Virgin Hyperloop, в испытательной капсуле на скорости 48 м/с (172 км/ч) проехали сооснователь компании Джош Гигель и директор по качеству обслуживания пассажиров Сара Лучиан. Испытания прошли в трубе системы длиной 500 м на полигоне компании DevLoop в штате Невада. Цель теста – показать, что поездка Hyperloop «так же безопасна, как и поездка на лифте».

По данным компании, двухместный Experimental-Pod-2 (XP-2, Pegasus) построен для демонстрации критически важных подсистем безопасности. Экспериментальная капсула оснащена всеми системами, которыми будет оснащена серийная: системой управления, быстро находящей и исправляющей нештатные ситуации, системой стабилизации и восстановления давления, очистки и фильтрации воздуха, пожаротушения, аварийного покидания капсулы и воздушных шлюзов. Однако серийный экземпляр будет выглядеть иначе и вмещать до 28 пассажиров.

В целом компания провела уже более 400 тестов на полигоне в Неваде. Ожидается, что капсулы Hyperloop смогут перевозить пассажиров и грузы со скоростью до 1200 км/ч. Однако пока испытательную капсулу удалось разогнать без людей до скорости 466 км/ч в 1,2-километровой трубе в 2018 году.

Ещё одним примером экологичного скоростного железнодорожного транспорта, который проходит испытания в основном в азиатских странах, является маглев (magnetic levitation, поезд на магнитной подушке). Самый быстрый поезд в мире – это маглев в Шанхае (КНР). Расстояние в 12 км он преодолевает за семь минут, развивая скорость более 166 км/ч.

В прошлом году китайский производитель железнодорожного транспорта CRRC представил прототип маглева, который получил название CRRC Qingdao Sifang. Этот проект стал результатом четырёхлетней совместной работы CRRC с более чем 30 предприятиями, университетами и государственными исследовательскими институтами.

Для испытания этого поезда в октябре 2019 года начались строительство магнитной трассы от Ухани до Гуаньчжоу и прокладка 200 км экспериментального пути. Тестовый трек будет двигаться в вакуумной трубе над рельсами из высокотемпературного сверхпроводника. В июне 2020 года начались заводские динамические испытания на скорости 600 км/ч.

К 2027 году планируется открыть новую линию в Японии Chuo Shinkansen между Токио и Нагоей, где состав должен развивать скорость до 195 км/ч, а весь путь будет занимать всего 40 минут.

Ксения Потаева